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2022年低碳建筑材料技术趋势

  发布时间: 2022-09-08      浏览量:1042       信息来源:友绿智库

我国是世界最大的建筑材料生产和消费国,2020年我国建材行业总二氧化碳排放16.5亿吨,其中水泥产生的二氧化碳排放量约13亿吨,约占建材行业总碳排放的80%。建筑材料行业如何做好碳减排工作对我国总体实现“碳达峰、碳中和”目标至关重要。

未来随着社会进步,建材用量会逐步减少,但实现建材行业碳中和的主要途径仍要依赖新技术发展,主要包括生产工艺减碳、源头减碳以及CCUS减碳技术。从建筑发展历史看,远古时代的建筑主要是木石或者草木结构,而现代建筑基本是由水泥和钢筋构成,未来需要大量采用新型绿色、低碳、零碳建筑型式,一方面采用低碳零碳水泥或采用钢结构建筑;另一方面要充分利用绿色、低碳建筑材料并发展新建筑材料,建筑结构和型式也许会发生彻底改变。

友绿智库通过分析研究,总结了六个2022年低碳建筑材料技术趋势,与建筑业房地产业同仁分享。


一、再生建筑材料

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使用回收的建筑材料具有减少对新材料的需求,最大限度地降低生产成本、运输成本、废物处理成本的好处。回收材料还能在节省成本的同时仍确保工作质量:

塑料:塑料废物最好在单独收集时回收利用,而不是与其他废物混合。清洁后的塑料废物可以重复用于专门设计的产品,如电缆管,PVC窗户,屋顶或地板。

木材:回收木材清洁并处理后,可以重新用于其他建筑项目。

混凝土:拆除后的碎混凝土可用于制作地基,平整工程或制作材料以生产未燃烧的砖。

:使用完整的砖块进行挡土墙和辅助工程;破碎的砖块作为基础和路径。


二、光伏建材

今年另一个可持续建筑材料趋势是光伏建材。在各项技术逐步成熟后,光伏的应用场景更加多元化。如今,除了在大型空地、工商业屋顶等场景铺设光伏板用以发电,光伏板还能够以BIPV的形式在建设绿色建筑,打造零碳生态环境上,发挥举足轻重的作用,正在被越来越多的建筑企业采用。

许多商业建筑项目都在计划采用某种形式的可再生能源,友绿智库预计在政策推动下光伏建筑将在几年内成为主流趋势,并且极大影响建筑设计方向。

光伏+建筑产品,区别于集中式光伏的完全标准化, 美观化、轻质化、预制式趋势显现。2021年以来,光伏生态新品层出不穷,如轻质组件、光伏小站、较大规模的碲化隔膜发电玻璃等产品,不断贴近下游需求。如满足 T 型彩钢瓦厂房的轻质组件、满足特定场景下(加油站)发电需求的光伏小站、外观与发电兼得的光伏幕墙产品等。

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1、光伏幕墙

光伏幕墙,即粘贴在玻璃上,镶嵌于两片玻璃之间,通过电池可将光能转化成电能。它实则是一种高科技产品,集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身的新型建材。光电幕墙本身具有很强的装饰效果。玻璃中间采用各种光伏组件,色彩多样,使建筑具有丰富的艺术表现力。同时光电模板背面还可以衬以设计师喜欢的颜色,以适应不同的建筑风格。

应用:武汉绿地中心

该楼约有21000块之多的大楼幕墙全部使用能发电的太阳能玻璃。建成后幕墙使大楼充分利用太阳能,最大程度地减少能耗,实现“绿色节能建筑”。

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2、光伏瓦

光伏瓦将光伏模组单元,通过涂胶压合封装入瓦片,赋予建材光伏发电的属性,是光伏建材一体化的一种表现形式。

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近日,亚玛顿与天道建材联合发布了一款美学光伏屋面瓦产品。据介绍,该产品具有安全、美观、节能、健康等优势,同时安装方便,质保期长。这款光伏瓦屋顶的瓦片的尺寸大小,设计的更符合全球绝大多数用户的审美习惯。其次瓦屋面造型各异,节点复杂,配件多样,目前做到了这些配件与主瓦的颜色质感饱和度高度一致。

此外,这款美学光伏瓦的表面还采用显示屏级防眩处理工艺,瓦面超低眩光纹理,最大还原石材质感。同时,其强度3倍于普通屋顶瓦和水泥瓦,可以抵御冰雹、大风等气象灾害的影响,即使遇到15级大风也不会被吹翻。

亚玛顿美学光伏瓦屋顶运用“乐高”积木原理拼装,采用自研智能软件设计、工厂模块化生产,实现标准化装配式施工。更符合传统瓦的施工习惯,与其他产品相比,其安装效率更高,施工成本更低。该款屋顶光伏系统在夏季可降低室内温度5-8℃,减少能耗约10%。


3、光伏瓷砖

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光伏瓷砖是光伏在生产工艺上的新发展,不仅保持太阳能发电的功能,且其发电力更强,多彩的颜色使建筑外观更具美感。改进的太阳能光伏地砖具有较好的太阳能发电、抗热、抗压、防滑等特性以及较长的使用寿命,适合在路面上使用。太阳能光伏瓷砖既能够用于发电,还能对废旧板材进行回收利用。这提供了一种将可持续能源技术应用于地面的创新方案,从而达到减排温室气体的目标。

应用:丹麦哥本哈根国际学校新校舍

丹麦哥本哈根国际学校新校舍的屋顶和墙面安装了12000块海蓝色的太阳能“光伏瓷砖”,成为丹麦最大的光伏建筑一体化的项目,每年可发电30万千瓦时,满足该学校一半的电力需求。

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三、贝壳混凝土

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据估计,每年有超过700万吨贝壳被海鲜行业扔掉。这些贝壳不可生物降解,处理成本高昂,并且可能损害环境。贝壳主要成分是矿物碳酸钙,而矿物碳酸钙恰好是水泥的主要成分。

一种由废贝壳制成的混凝土状材料由德国的材料设计公司Newtab 22提出。该公司利用这些贝壳中高浓度的碳酸钙(石灰石),创造出一种名为“海石”的材料,通过研磨贝壳并将其与天然无毒粘合剂结合而成的。将混合物放入模具中,然后凝固成瓷砖。这是一种可持续的水泥替代品,保留了原始贝壳的纹理和颜色的变化。通过添加不同的贝壳、粘合剂和天然染料,可以创造不同的纹理和颜色。


四、秸秆

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秸秆是另一种绿色建筑材料,由于具有良好的隔热性能,可用作建筑的框架材料。它们还可以用作隔音材料。稻草捆的非承重墙可以用作柱子之间的填充材料,并且建议用在梁框架中。

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除此之外,以可快速再生的农作物秸秆为主要原料,应用真空纤维分离技术,剥离植物茎秆的强力韧性纤维,结合粘合剂加工成秸秆人造板材。这种板材不含甲醛、表面光滑、可锯可刨,根据不同用途要求,能直接进行贴面或油漆,在强度、弹性、膨胀率、握钉力等性能上均优于相似的木质板材,深受亚丹、欧派等国内一线家居品牌企业的青睐,目前在我国已经形成了一定的产业规模。


五、工业大麻混凝土Hempcrete

混凝土材料是当今工程建设中用量最大、应用范围最广的工程材料。在混凝土中掺加纤维则是近些年迅速发展的一种材料复合技术。

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Hempcrete(汉麻混凝土)砖


Hempcrete(汉麻混凝土)是一种独特的建筑材料,是生物纤维(如大麻)和矿物粘合剂(石灰)的复合材料。这些成分与水掺杂在一起后,石灰粘合剂和水发生化学反应,导致粘合剂凝固并将粘合的颗粒粘在一起。如今,这种材料也被普遍称为“粘合纤维素绝缘材料”。

当粘合剂固化、水分蒸发并且混合物干燥后,麻制混凝土材料便生成了。与许多建筑复合材料(如混凝土,砂浆和石膏)不同的是,混凝土中的粘合剂并非用于填充大麻颗粒间的空隙,而是涂覆颗粒并使其彼此粘黏,这样一来,这种混凝土材料也拥有了高度的可透气性。

工业大麻植物“woody”内部含有大量的二氧化硅,与其他天然纤维相比,这是工业大麻植物特有的。这种二氧化硅使得所有的东西都紧密地结合在一起,以创造出所谓的Hempcrete。

石灰独特的物理和化学性质使它成为了与大麻结合的理想材料。在整个石灰固化过程中,它保持了高渗透性,使蒸汽能够通过复合材料,从而使麻屑完全干燥。再加上石灰的碱性,作为一种天然的杀菌剂,确保大麻纤维不会受到霉菌和细菌的侵袭。

Hempcrete是一种轻量的水泥状材料,它是混凝土重量的八分之一,但却是混凝土强度的十倍。这种麻凝土在热性能、结构和湿气处理性能方面都十分理想,可谓是一种优质的建筑保温材料。最重要的是,根据混合材料量的调整,该混凝土可广泛用于屋顶、墙壁或板坯绝缘等方面。

选择工业大麻纤维做建筑混凝土具有诸多潜在好处。与其他天然纤维相比,工业大麻建筑成品的整体成本更低,有效提高整个价值链的盈利能力。其纤维韧性好,强度高,力量支撑度更高,增加了建筑的耐用性。同时,工业大麻独特的防火性使其成为干旱地区的首选建筑材料。

Hempcrete的固碳和储碳能力是该材料的一个显著优点。众所周知,建筑制造实际上已经消耗了全球约40%的能源、25%的水资源和40%的全球资源(联合国环境规划署2016)。但是可喜的是,通过植物聚集体替代矿物聚集体,可以大大减少这种消耗。若按这种方式建造的建筑,不仅可以锁住建筑中二氧化碳的排放,还可以降低建筑的能量损耗。


六、智能玻璃

目前以世界各地城市的能源消耗模式,城市占全球能源消耗的75%,每年排放80%的温室气体。这是由于城市地区的建筑物和房屋的节能性不高,过度吸收阳光的形式导致空调的过度使用。

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智能玻璃可使建筑物减少供暖和制冷所需负荷的25%、照明用能的60%、峰期电力需要量的30%。装上智能玻璃后,人们不必为遮挡骄阳配上暗色或装上机械遮光罩了。严冬,这种朝北方向的智能窗户能为建筑物提供70%的太阳辐射量,获得漫射阳光所给予的温暖。

智能玻璃,也称为 LCG®(光控玻璃)、可切换玻璃或智能隐私玻璃,正在帮助“重新”定义建筑、汽车、室内和产品设计行业。

在最简单的定义中,智能玻璃技术会改变透过通常透明材料的光量,使这些材料看起来透明、半透明或不透明。智能玻璃背后的技术有助于解决相互矛盾的设计和功能需求,以平衡自然光、景观和开放式平面图的好处与节能和隐私的需求。

智能可切换玻璃技术可以集成到各个领域的窗户、隔断和其他透明表面,包括建筑、室内设计、汽车、智能零售橱窗和消费电子产品。

智能玻璃有两种主要类型:主动式和被动式。这些是由它们的可变性是否需要通电来定义。如果是,它被归类为主动。如果不是,它被归类为被动。智能玻璃一词主要是指主动技术,其中隐私玻璃薄膜和涂层通过电荷激活,改变玻璃的外观和功能。

以下是两种被动式智能玻璃技术及其常见应用:

• 光致变色玻璃,例如:带有在阳光下自动着色的涂层的眼镜。

• 热致变色玻璃,例如:随温度变化的涂层窗户。


智能玻璃的工作原理

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主动式智能玻璃技术允许用电控制各种形式的光(可见光、红外光、紫外光)。通过电力,玻璃从不透明变为透明,从而实现动态光控制。

智能玻璃是一种建筑设计选择,可以减少能量消耗。例如它可以设定为根据外部光照强度和实际需要来调节透光度,允许空间内有更少或更多的自然光,从而减少使用电照明来照亮空间。此外,智能玻璃还可以对建筑内部的温度做出反应,根据需要调节半透明水平以允许更多或更少的热量进入。

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